(57)【要約】本発明は、アルミニウムコア合金を有する少なくとも１つのコア層（４）と、このコア層（４）の上に配置される少なくとも１つの腐食保護層（６）とを含むアルミニウム複合材料に関する。特に、腐食性条件下での粗い剥離を避けるために、さらに改善された耐腐食性を有するアルミニウム複合材料を示すという目的は、腐食保護層（６）が重量％での以下の組成を有するアルミニウム合金を有することで達成され、            Ｓｉ≦０．１０％、            Ｆｅ≦０．６％、            Ｃｕ≦０．２％、  ０．９％≦Ｍｎ≦１．２％、            Ｍｇ≦０．１０％、            Ｃｒ≦０．３％、            Ｚｎ≦０．１％、            Ｔｉ≦０．１％、  残部はＡｌと、個々に最大０．０５％、合計で最大０．１５％の不可避の不純物とである。本発明はさらに、アルミニウム複合材料（２）を生成するための方法、使用、および熱交換器または熱交換器の構成要素に関する。【選択図】図２
2019519671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム複合材料であって、
−  アルミニウムコア合金を有する少なくとも１つのコア層（４）と、
−  前記コア層（４）の上に配置される少なくとも１つの腐食保護層（６）と、
を含み、
−  前記少なくとも１つの腐食保護層（６）は、重量％での以下の組成を有するアルミニウム合金を有し、
Ｓｉ≦０．１０％、
Ｆｅ≦０．６％、
Ｃｕ≦０．２％、
０．９％≦Ｍｎ≦１．２％、
Ｍｇ≦０．１０％、
Ｃｒ≦０．３％、
Ｚｎ≦０．１％、
Ｔｉ≦０．１％、
残部はＡｌと、個々に最大０．０５％、合計で最大０．１５％の不可避の不純物とである、
ことを特徴とする、アルミニウム複合材料。
【請求項２】
前記少なくとも１つの腐食保護層（６）は、最大０．０５重量％のＭｇ含有量を有するアルミニウム合金を有することを特徴とする、請求項１に記載のアルミニウム複合材料。
【請求項３】
前記少なくとも１つの腐食保護層（６）は、最大０．１０重量％のＣｕ含有量を有するアルミニウム合金を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のアルミニウム複合材料。
【請求項４】
前記少なくとも１つの腐食保護層（６）は、最大０．１０重量％のＣｒ含有量を有するアルミニウム合金を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材料。
【請求項５】
前記アルミニウムコア合金は、任意には最大０．７重量％のＣｕ含有量を有するＡＡ３ｘｘｘ型のアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材料。
【請求項６】
前記アルミニウムコア合金は、重量％での以下の組成を有するアルミニウム合金からなり、
Ｓｉ≦０．５％、
Ｆｅ≦０．４％、
Ｃｕ≦０．７％、
１．０％≦Ｍｎ≦１．５％、
Ｍｇ≦０．３％、
Ｃｒ≦０．３％、
Ｚｎ≦０．１％、
Ｔｉ≦０．２５％、
残部はＡｌと、個々に最大０．０５％、合計で最大０．１５％の不可避の不純物とである、
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材料。
【請求項７】
前記腐食保護層（６）の腐食電位は、前記コア層（４）の腐食電位よりも少なくとも１５ｍＶ、特に２０ｍＶ、好ましくは２０ｍＶから４０ｍＶもしくは２０ｍＶから３０ｍＶ、またはより好ましくは２５ｍＶから３５ｍＶ低いことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材料。
【請求項８】
少なくとも１つのさらなる外側層、特にアルミニウムろう付け合金の少なくとも１つのろう付け層（８）および／または少なくとも１つのさらなる保護層が提供されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材料。
【請求項９】
アルミニウム複合材料（２）、特に請求項１〜８のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材料（２）を生成するための方法であって、前記方法によって、
−  アルミニウムコア合金を含む少なくとも１つのコア層（４）が提供され、かつ
−  前記コア層（４）の片側または両側に少なくとも１つの腐食保護層（６）が適用され、
−  前記少なくとも１つの腐食保護層（６）に対して、重量％での以下の組成を有するアルミニウム合金が用いられ、
Ｓｉ≦０．１０％、
Ｆｅ≦０．６％、
Ｃｕ≦０．２％、
０．９％≦Ｍｎ≦１．２％、
Ｍｇ≦０．１０％、
Ｃｒ≦０．３％、
Ｚｎ≦０．１％、
Ｔｉ≦０．１％、
残部はＡｌと、個々に最大０．０５％、合計で最大０．１５％の不可避の不純物とである、
ことを特徴とする、方法。
【請求項１０】
前記アルミニウム複合材料は、めっきパッケージを圧延クラッディングするステップによって生成されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記圧延クラッディングの前に、前記めっきパッケージは少なくとも４５０℃の温度、特に４６０℃から５００℃の温度に予熱されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記アルミニウム複合材料は最終焼なましを受けることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
熱交換器（１０）または熱交換器の構成要素（１１、１２）の製造のための、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材料（２）の使用。
【請求項１４】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材料（２）を含む、熱交換器または熱交換器の構成要素。
【請求項１５】
前記熱交換器または構成要素の部分の少なくとも１つの熱接合された接続が提供されることを特徴とする、請求項１４に記載の熱交換器または熱交換器の構成要素。
【請求項１６】
前記熱交換器は給気冷却器として構成されることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムコア合金を有する少なくとも１つのコア層と、このコア層の上に提供される少なくとも１つの腐食保護層とを含むアルミニウム複合材料に関する。本発明はさらに、アルミニウム複合材料、特に本発明によるアルミニウム複合材料を製造するためのプロセスに関し、このプロセスによって、アルミニウムコア合金を含むコア層が提供され、このコア層の上に少なくとも１つの腐食保護層が適用される。本発明はさらに、熱交換器および構成要素を製造するためのアルミニウム複合材料の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の分野においては、アルミニウムまたはアルミニウム合金でできた熱交換器が用いられる。こうした熱交換器は通常、自動車の加熱および冷却システムの構成要素である。自動車のための熱交換器は典型的にストリップまたはシートから、熱交換器の個々の予め製作された構成要素、たとえばフィン、チューブ、およびマニホルドなどを熱接合することによって製造される。ほとんどの場合の熱接合は、非腐食性フラックスを用いた保護性ガス雰囲気下でのろう付けとして行われ、これは「制御雰囲気ろう付け」（ＣＡＢ）プロセスとして公知である。
【０００３】
特に内燃機関を有する車両における、アルミニウム材料でできたこうした熱接合熱交換器のさまざまな仕事には、冷却水または油の冷却、給気冷却器としての使用、および空調システムにおける使用が含まれる。熱交換器の動作のために必要なことは、システムの長寿命を確実にするための、腐食に対する適切な保護である。
【０００４】
包括的な腐食保護は、給気冷却器にとって特に重要である。給気冷却器はターボ過給機によって圧縮された吸気を冷却して給気の酸素含有量を増やすことによって、内燃機関の性能をかなり高める。近年のディーゼル機関においては、いわゆる排気ガス再循環を通じて、特定の装填範囲の吸気を特定の量の燃焼ガスと混合することが現在は一般的である。これによって燃焼温度が低くなるために、燃焼プロセスにおいて望ましくない窒素酸化物の形成が低減する。排気ガス再循環に関しては、高圧排気ガス再循環と低圧排気ガス再循環とが区別される。低圧排気ガス再循環において、排気ガスは比較的低温にてディーゼル粒子フィルタの後ろで分岐され、ターボ過給機の前方で吸い込まれた外気と混合される。したがって、この外気・排気ガス混合物は給気冷却器も通過して、その内表面と接触する。
【０００５】
給気冷却器においては、このことによって排気ガスからの蒸気の凝結をもたらし、熱交換器の内側に凝縮物が集まる可能性がある。凝縮物は水に加えて異なる割合の有機酸および／または無機酸を含有することがあり、これは給気冷却器のアルミニウム材料に対して高い腐食性の影響を有する。この影響は、給気が液体冷却媒体によって冷却されるいわゆる間接冷却を伴う近年の給気冷却器において、より強力に起こる。なぜなら、ここでは特に低い表面温度に達するために、凝縮物の形成が促進されるからである。
【０００６】
さらに、特に冷水器および空冷凝縮器における包括的な腐食保護は、非常に重要である。ラジエータは、たとえば給気冷却器または凝縮器などの形で、自動車のエンジンおよび水冷熱交換器のための冷却水を冷却する。空冷凝縮器は、通常は自動車の客室の空調を確実にする働きをする冷却回路の中の冷媒を冷却および凝縮する。冷水器および空冷凝縮器は、駆動中に生じる気流を用いるため、自動車において常に周囲の空気と接触できるようなやり方で配置される。結果として、冷水器および空冷凝縮器は乾燥した空気および湿った空気、雨、塩分のある媒体などに交互に露出される。このことから、冷水器および空冷凝縮器のチューブ材料の腐食保護および耐腐食性に対する要求は大きい。特にチューブ材料の壁厚が薄くなる傾向があり、それによって材料の絶対的に許容可能な腐食の深さがさらに小さくなっているため、これらの要求がさらに強められている。
【０００７】
上記の問題から、熱交換器において使用するための特に耐腐食性の高いアルミニウム材料が必要とされている。コア層と、必要に応じてその上に供給された外側ろう付け層とを有するアルミニウム複合材料に対して、コア層の上またはコア層とろう付け層との間に、特に高い耐腐食性を特徴とし、コア層の材料に関する犠牲陽極として作用する腐食保護層または中間層を提供することによって、耐腐食性の点を改善できる。
【０００８】
特許文献１は、外側ろう付け層とコア層との間に配置された中間層を有する４層アルミニウム複合材料を記載している。この中間層は腐食保護として働くことが意図されており、コア層の材料よりも不活性でない合金からなる。特に、中間層のアルミニウム合金は０．３〜１．５重量％のＭｎ含有量と、０．０５〜１．２重量％のＭｇ含有量と、１〜５重量％のＺｎ含有量とを有する。
【０００９】
従来のアルミニウム複合材料によって、腐食性条件下での最大質量損失に対する仕様が満たされ得ることが見出されている。しかし、従来のアルミニウム複合材料において、腐食の場合に必然的に起こる質量損失は、最大仕様を超えるサイズの剥離をもたらし得る。起こる剥離のサイズは、動作中にエンジンの寿命および信頼性にとって問題であることが判明し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０  ８２３  ３０５（Ａ２）号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって本発明は、特に腐食性条件下での粗い剥離を避けるためのさらに改善された耐腐食性を有するアルミニウム複合材料を示すという目的を有する。加えて、アルミニウム複合材料を生成するための方法、アルミニウム複合材料の使用、および構成要素が示される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の教示に従うと、アルミニウム複合材料に関する上記の発明は、少なくとも１つの腐食保護層が重量％での以下の組成を有するアルミニウム合金を有することで達成され、
Ｓｉ≦０．１０％、
Ｆｅ≦０．６％、
Ｃｕ≦０．２％、
０．９％≦Ｍｎ≦１．２％、
Ｍｇ≦０．１０％、
Ｃｒ≦０．３％、
Ｚｎ≦０．１％、
Ｔｉ≦０．１％、
残部はＡｌと、個々に最大０．０５％、合計で最大０．１５％の不可避の不純物とである。
【００１３】
腐食保護層のアルミニウム合金の特定的に選択された組成を有するアルミニウム複合材料は、腐食性条件下での極度に低い材料損失に加えて、コア層との明らかに改善された結合特性を示す。結果として、特に給気冷却器、冷水器、または凝縮器に起こる、酸性またはアルカリ性の媒体に露出されたときの極度に腐食性の条件下でも、アルミニウム複合材料の粗い剥離が起こらない。
【００１４】
少なくとも１つの腐食保護層の腐食保護特性の改善は、特に腐食保護層の最適化された微細構造の結果と考え得る。ここで特に関連するのは、たとえば５９０℃から６１０℃の範囲の典型的なろう付け温度でのろう付けプロセスなどによる熱接合後の構成要素における再結晶化粒子構造の形成である。有利なのは、できる限り小さいサイズと、できる限り等軸の粒子形状である。我々独自の調査では、いわゆる「長寿命」熱交換器材料にとって典型的な、強く伸長させた粒子形状は、腐食性凝縮物の作用を通じて給気冷却器の内側で優勢となる特に腐食性の条件下での腐食作用の著しい側方伝播を促進することが示されている。このことは、使用中に腐食保護層、任意に提供されたろう付け層、またはその腐食生成物のより大きな剥離が形成されることになるという危険をもたらす。腐食保護層の組成の点での本発明の構成によって、好ましい微粒子状の粒子構造を達成でき、それによって腐食の側方の広がりが制限され、したがって動作中のより大きな剥離の形成が回避される。
【００１５】
アルミニウム複合材料はストリップとして存在し得る。ストリップの形の複合材料は、めっき、特に圧延クラッディングによって製造される。腐食保護層のアルミニウム合金の組成によって、圧延クラッディングの際に、低い圧延力でも層間の良好な結合特性を有する高いストリップ品質を達成することが可能である。圧延クラッディングの際に非常に重要なのは、圧延条件下、特に熱間圧延の際の腐食保護層の耐形成性の調整である。これに関連して、腐食保護層の圧延抵抗性は、より大きい強度を有するコア材料の値と、組成に関連するより低い耐熱性を有する外側ろう付け層の値との間にあることが好ましいことが判明した。このことは特に、腐食保護層の片側使用の場合に当てはまる。もし中間層の強度が低すぎれば、圧延開始の際に中間層が伸長しすぎて、めっきパックの屈曲による問題およびめっき層の厚さの激しい変動によって起こるプロセスの不安定性による問題がもたらされる危険がある。反対に腐食保護層の強度が大きすぎる場合は、腐食保護層内の変形を生じさせるために必要とされる圧延力が大きく増加することになり、複合材料の層間の強力な結合の形成が妨げられる。
【００１６】
加えて、アルミニウム複合材料が、たとえばストリップなどから分離されたシートの形であることも考えられる。
【００１７】
特に、少なくとも１つの腐食保護層はコア層の片側または両側に適用される。
【００１８】
腐食保護層の０．９重量％から１．２重量％のマンガン含有量は、マンガンの混晶硬化および腐食電位（ＯＣＰ）による強化効果によって、材料の強度を調整する働きをする。
【００１９】
銅も強度の増加に寄与する。しかし、腐食電位の正の値へのシフトが大きくなりすぎることを避けるために、少なくとも１つの腐食保護層の合金中の合金化元素銅の含有量は０．２重量％に制限される。
【００２０】
ケイ素がマンガンと結合すると、いわゆるアルファ相（Ａｌ１２Ｍｎ３Ｓｉ）の細かく分散された沈降粒子を形成しやすい。これらの粒子は一方では材料の耐熱性を高め、他方ではろう付けプロセスにおいて圧延方向に強力に伸ばされた粗粒子状の再結晶粒子構造の形成をもたらす。熱間圧延クラッディングによる複合材料の製造性のため、または最終生成物における有利な微細粒子状粒子構造のためにはどちらも望ましくないという理由から、少なくとも１つの腐食保護層の合金におけるケイ素含有量は０．１重量％、好ましくは０．０５重量％に制限される。
【００２１】
合金化元素としてのマグネシウムは、強度の増加に寄与する。しかしろう付けプロセスにおいて、マグネシウムは高溶融相を形成するために溶剤と反応することによってろう付け性を損なう。したがって、少なくとも１つの腐食保護層の合金におけるマグネシウムの含有量は０．１重量％に制限される。
【００２２】
合金化元素の鉄は、一次アルミニウムにもアルミニウムスクラップにも含有される。したがって、鉄含有量が低すぎることは生産コストを不必要に増加させるだろう。良い点は、粗い金属間沈降相を形成する鉄の特性であり、これが再結晶化プロセスの際に核形成剤として作用することによって、望ましい微粒子状構造をもたらす。他方で不利益な点は、より高い含有量において腐食挙動を損なうことである。したがって、少なくとも１つの腐食保護層の合金における鉄の含有量は最大０．６重量％に制限される。好ましくは、鉄含有量は少なくとも０．２０重量％から最大０．６重量％である。
【００２３】
さらに、アルミニウム複合材料およびそれから作られた製品のリサイクル性は、合金の銅、ケイ素および亜鉛含有量が低いこと、ならびにクロム含有量を制限することによって、好ましい影響を受ける。
【００２４】
アルミニウム複合材料の実施形態において、腐食保護層は、０．０５重量％の最大Ｍｇ含有量を有するアルミニウム合金を含む。Ｍｇ含有量のさらなる制限によって、アルミニウム複合材料のろう付け性をさらに高めることができる。加えて成形性がさらに改善され、それによってコア材料への結合が促進される。
【００２５】
アルミニウム複合材料の一実施形態において、腐食保護層は、０．１０重量％の最大Ｃｕ含有量を有するアルミニウム合金を含む。このこともアルミニウム複合材料の成形性の改善に寄与でき、さらに局部的な成分の形成を防ぐ。
【００２６】
アルミニウム複合材料の別の実施形態において、腐食保護層は、最大０．１０重量％のＣｒ含有量を有するアルミニウム合金を含む。ここで、腐食保護層の構造は好ましい影響を受け、局部的な成分の形成がさらに防がれる。
【００２７】
アルミニウム複合材料のさらなる実施形態において、アルミニウムコア合金はＡＡ３ｘｘｘ型のアルミニウム合金からなる。ＡＡ３ｘｘｘ合金の有利な変形は、ＡＡ３００５型、ＡＡ３００３型、またはＡＡ３０１７型である。これらの合金型およびそれらに基づく変形は、熱接合プロセスにおける使用および熱交換器における使用に特に好適である。
【００２８】
加えてＡＡ３ｘｘｘ合金、特に前述の合金型のＣｕ含有量は、最大０．７％重量％に増加され得る。アルミニウムコア合金の可能な最小Ｃｕ含有量は少なくとも０．３重量％、または少なくとも０．４重量％である。
【００２９】
アルミニウムコア合金は特に、重量％での以下の組成を有するアルミニウム合金からなっていてもよく、
Ｓｉ≦０．５％、
Ｆｅ≦０．４％、
Ｃｕ≦０．７％、
１．０％≦Ｍｎ≦１．５％、
Ｍｇ≦０．３％、
Ｃｒ≦０．３％、
Ｚｎ≦０．１％、
Ｔｉ≦０．２５％、
残部はＡｌと、個々に最大０．０５％、合計で最大０．１５％の不可避の不純物とである。
【００３０】
示されるアルミニウム合金は、通常のＡＡ３ｘｘｘ合金に比べてＣｕ含有量が増加しているために、電気化学的電位の増加によって、改善した耐腐食性における改善した強度を有する。それらのアルミニウム合金は、好ましくは熱交換器の部品の製造にも用いられる。特に、前記アルミニウム合金と増加したＣｕ含有量との組み合わせは、腐食保護層に対して提供されるアルミニウム合金の特定の組成によって有利であることが明らかになっており、これは層間の腐食電位が最適化されてアルミニウム複合材料内の結合が改善されるからである。
【００３１】
好ましくは、腐食保護層の腐食電位がコア層の腐食電位よりも少なくとも１５ｍＶ、特に２０ｍＶ低くなるように、アルミニウム複合材料が構成される。一実施形態において、腐食保護層の腐食電位は、コア層の腐食電位よりも２０ｍＶから３０ｍＶまたは２０ｍＶから４０ｍＶ、より好ましくは２５ｍＶから３５ｍＶ低い。１５ｍＶ未満の腐食電位差においては、腐食保護層が腐食保護層の面の方向における腐食作用を偏向させてコア層への広がりを低減させる効果が損なわれるという問題がある。電位差が４０ｍＶを超えて高すぎると、腐食保護層自体が腐食に曝されるという問題がある。加えて腐食電位差が大きすぎるときは、ろう付け層が腐食保護層よりも不活性になるために、結果として複合材料の腐食挙動が明らかに悪化する危険がある。例示的実施形態に示されるとおり、上記の腐食電位は通常、飽和カロメル電極（ＳＣＥ）に対するＡＳＴＭＧ６９に従って測定される。
【００３２】
アルミニウム複合材料のさらなる実施形態において、アルミニウムコア合金は０．２０重量％以下のＳｉ含有量を有する。このことは、コア層の構造に好ましい効果を有する。
【００３３】
アルミニウム複合材料の別の実施形態において、アルミニウムコア合金は０．１５重量％以下のＣｒ含有量を有する。結果として、特にアルミニウム複合材料のリサイクル性が高まる。
【００３４】
アルミニウム複合材料のさらなる実施形態において、腐食保護層は少なくとも２０μｍの厚さを有する。このことは、適切な腐食保護を確実にする。腐食保護層の厚さが３０μｍから８０μｍであるとき、腐食保護の改善が達成されると同時に材料が節約される。
【００３５】
特に腐食保護層に対する相対的厚さとしては、アルミニウム複合材料の合計厚さの１０％から２０％の厚さが好適である。たとえば２面型などの複数の腐食保護層の場合、アルミニウム複合材料の合計厚さの１０％から２０％の厚さが用いられ得る。
【００３６】
別の実施形態によるアルミニウム複合材料は、好ましくは０．１ｍｍから５ｍｍ、より好ましくは０．２ｍｍから３ｍｍまたは０．５ｍｍから１．５ｍｍの平均厚さを有する。これらの厚さ範囲によって、広範囲の適用、特に熱交換器の分野における適用が包含され得る。
【００３７】
アルミニウム複合材料のさらなる実施形態においては、少なくとも１つのさらなる外側層が提供される。この少なくとも１つのさらなる外側層は、アルミニウムろう付け合金のろう付け層を含んでもよい。アルミニウムろう付け合金は、熱交換器において用いたときに優れたろう付け特性を示すＡＡ４ｘｘｘ型、特にＡＡ４００４、ＡＡ４３４３、およびＡＡ４０４５の仕様を満たし得る。
【００３８】
ろう付け層によって、熱接合に対するろう付けの調製と上記の腐食保護とを容易に組み合わせることができる。腐食保護のために有利なのは、コア層とろう付け層との間に腐食保護層を配置することであり、ここで腐食保護層は特にコア層および／またはろう付け層の上に直接置かれる。アルミニウム複合材料の特に単純な実施形態においては３つの層が備えられ、ここで腐食保護層はコア層とろう付け層との間に配置される。４層の変形においては、腐食保護層およびろう付け層から離れた方に面するコア層の側に、さらなる腐食保護層またはさらなるろう付け層が付加的に備えられる。さらに５層の変形が提供されてもよく、ここでは各場合に腐食保護層がコア層の両側およびコア層と各場合における外側ろう付け層との間に位置する。
【００３９】
付加的または代替的に、少なくとも１つのさらなる保護層が備えられてもよい。このさらなる保護層は、請求項１に示される合金に加えて、ＡＡ７ｘｘｘ型、特にＡＡ７０７２、およびＡＡ１ｘｘｘ型、特にＡＡ１０５０の合金も含んでもよい。さらなる保護層によって、耐腐食性がさらに改善され得る。このさらなる保護層は、特に腐食保護層が配置される側から離れた方に面するコア層の側に配置される。
【００４０】
さらなる外側層、特にろう付け層に対する相対的厚さとしては、アルミニウム複合材料の合計厚さの５％から１０％の厚さが用いられ得る。
【００４１】
さらなる教示によれば、アルミニウム複合材料、特に上記のアルミニウム複合材料を生成するための方法であって、この方法によってアルミニウムコア合金を含む少なくとも１つのコア層が提供され、そのコア層の片側または両側に少なくとも１つの腐食保護層が適用される、方法に関する前述の目的は、腐食保護層に対して重量％での以下の組成を有するアルミニウム合金が用いられることで解決され、
Ｓｉ≦０．１０％、
Ｆｅ≦０．６％、
Ｃｕ≦０．２％、
０．９％≦Ｍｎ≦１．２％、
Ｍｇ≦０．１０％、
Ｃｒ≦０．３％、
Ｚｎ≦０．１％、
Ｔｉ≦０．１％、
残部はＡｌと、個々に最大０．０５％、合計で最大０．１５％の不可避の不純物とである。
【００４２】
アルミニウム複合材料に関連してすでに示したとおり、これによって、腐食保護層のアルミニウム合金の特定的に選択された組成によって、腐食性条件下での極度に低い材料損失に加えて、コア層との最適化された結合特性によって顕著に改善された製造性が示される。このことは特に、腐食保護層がコア層上に特に確実に適用されることを可能にする腐食保護層の合金の機械的特性の結果と考え得る。
【００４３】
めっきパッケージを圧延クラッディングすることによってアルミニウム複合材料が生成されるとき、腐食保護層のアルミニウム合金の組成によって、低い圧延力でも良好な結合特性を有する高いストリップ品質を達成することが可能である。加えて、このことによって経済的に大規模に生成できる複合材料が提供される。めっきパッケージによって、いくつかの材料、ここではコア層のためのインゴットおよび腐食保護層のための少なくとも１つのめっきシートが、互いの頂部に置かれる。その後、圧力下の圧延プロセスにおいてこれらの材料がともに接合される。
【００４４】
アルミニウム複合材料を生成するためのさらなる可能性は、同時鋳造、または熱噴霧による腐食保護層およびおそらくはさらなる層の適用によって与えられる。しかし、圧延クラッディングおよび同時鋳造は、アルミニウム複合材料を生成するために現在最も広く用いられる方法であり、鋳造材料は、さまざまなアルミニウム合金層の間に明瞭な濃度勾配を有することによって、圧延クラッディングされた材料の個別の層組成と区別される。圧延クラッディングの際には、層間にわずかな拡散プロセスしか起こらない。
【００４５】
この方法は、特に圧延クラッディングプロセスによるさらなる圧延パスを含んでもよい。一実施形態において、アルミニウム複合材料は熱間圧延され、任意には冷間圧延されて最終厚さになる。これによって、任意にはアルミニウム複合材料の中間焼なましが行われてもよい。
【００４６】
この方法の一実施形態において、圧延クラッディングの前に、めっきパッケージは少なくとも４５０℃の温度に予熱される。めっきパッケージは、対応する温度の圧延クラッディングスタンドに供給される。これによって、めっきに対する熱間圧延が行われ、層間の特に効果的な結合がもたらされる。４６０℃から５００℃の温度に予熱することが、圧延クラッディングのプロセス信頼性を最適化する。
【００４７】
その後、熱間圧延された複合材料は、さらなる冷間圧延によって必要とされる最終厚さにされ得る。材料を柔らかくしてさらなる冷間成形を容易にするために、任意の中間焼なましが行われ得る。
【００４８】
特にたとえば熱交換器などにおける意図される使用に従ってアルミニウム複合材料の機械的特性を好適に調整するために、最後にアルミニウム複合材料は焼なましによって特定の状態にされてもよい。
【００４９】
そのプロセスによって、アルミニウム複合材料が最大３５０℃から４００℃の材料温度にて最終焼なましを受けるとき、アルミニウム複合材料の軟化焼なまし状態が達成され得る。これに対して、特に前記最大温度における最大保持時間は２時間から４時間に達する。達した状態は質別（独：Temper，英：temper）０と呼ばれる。
【００５０】
アルミニウム複合材料が最大２５０℃から３２０℃の材料温度にて最終焼なましを受けるとき、アルミニウム複合材料の部分焼なまし状態が達成される。特に、対応する最大温度におけるこれに対する最大保持時間は２時間から４時間である。達した状態は質別Ｈ２４と呼ばれる。
【００５１】
さらなる教示によれば、上記の目的は、熱交換器または熱交換器の構成要素を生産するために上記のアルミニウム複合材料を用いることによって達成される。
【００５２】
導入部においてすでに説明したとおり、熱交換器およびその構成要素は、腐食保護に関する特殊な要件を有する。これらの要件は、記載されるアルミニウム複合材料によって特に包括的に満たされ得る。
【００５３】
使用の一実施形態においては、給気冷却器もしくは給気冷却器の構成要素、冷水器、または空冷凝縮器を生産するために、記載されるアルミニウム複合材料が使用される。給気冷却器は、腐食促進物質の凝縮物形成の可能性があるために特に侵攻的な腐食作用を受け、記載されるアルミニウム複合材料の優れた特性によってこの腐食に対抗できる。特に有利なのは、可変量の排気ガスが吸入された燃焼空気に混合される、低圧排気ガス再循環を有する自動車において用いるための給気冷却器を製造するための使用である。特に、この使用は熱接合、たとえばＣＡＢプロセスにおけるろう付けなどを含み、これによってアルミニウム複合材料の有利な微細構造が調整される。
【００５４】
使用のさらなる実施形態において、熱交換器は空洞、特に内側パイプを有し、腐食保護層はこの空洞の内側に配置される。すでに説明したとおり、特に給気冷却器では熱交換器の空洞の内側に腐食性凝縮物が形成するため、腐食保護層の好適な配置によって、特に効果的な腐食保護が最適に適用される。
【００５５】
最後に、上記の目的は、上記のアルミニウム複合材料を含む構成要素によって達成される。その構成要素が熱接合された構成を有するとき、熱接合後の構成要素内の有利な再結晶化粒子構造の形成が確実にされる。組成の点での本発明による腐食保護層の構成によって、好ましい微粒子状の粒子構造を達成でき、それによって腐食の側方の広がりが制限され、よって動作中のより大きな剥離の形成が回避される。
【００５６】
構成要素は熱交換器、特に給気冷却器もしくは給気冷却器の構成要素、冷水器または空冷凝縮器として構成され得る。熱交換器が空洞、特に内側パイプを有するとき、腐食保護層は好ましくはこの空洞の内側に配置される。
【００５７】
この方法、使用、および構成要素のさらなる実施形態および利点に関しては、アルミニウム複合材料に関する記述、および図面と組み合わせた例示的実施形態の以下の記載を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】アルミニウム複合材料の例示的実施形態を示す図である。
【図２】６週間の凝縮物腐食テスト後のアルミニウム複合材料の例示的実施形態および比較サンプルのストリップサンプルによるメタログラフ断面を示す図である。
【図３】アルミニウム複合材料を生成するための方法の例示的実施形態を示す図である。
【図４】熱交換器構成要素の例示的実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１は、熱交換器の製造に用いるためのアルミニウム複合材料２の例示的実施形態を示す。０．７重量％の付加的な最大Ｃｕ含有量を有する、ＡＡ３ｘｘｘ型のアルミニウムコア合金を含むコア層４が提供される。コア層４の上に腐食層６が適用され、この腐食層６は、重量％での以下の組成を有するアルミニウム合金を有し、
Ｓｉ≦０．１０％、
Ｆｅ≦０．６％、
Ｃｕ≦０．２％、
０．９％≦Ｍｎ≦１．２％、
Ｍｇ≦０．１０％、
Ｃｒ≦０．３％、
Ｚｎ≦０．１％、
Ｔｉ≦０．１％、
残部はＡｌと、個々に最大０．０５％、合計で最大０．１５％の不可避の不純物とである。腐食保護層６は３０μｍから８０μｍの厚さを有する。
【００６０】
示される腐食保護層は、改善された特性を提供するために好ましくは最大０．０５重量％のＭｇ含有量と、最大０．１重量％のＣｕ含有量と、最大０．１０重量％のＣｒ含有量とを有する。加えて、アルファ相（Ａｌ１２Ｍｎ３Ｓｉ）の形成を低減するために、Ｓｉ含有量を最大０．０５重量％に制限することが可能である。
【００６１】
さらなる外側層が提供され、この外側層はろう付け層８の形であり、ＡＡ４ｘｘｘ型のアルミニウムろう付け合金からなる。加えて、腐食保護層６から離れた方に面するコア層２の側に、ＡＡ４ｘｘｘ型のアルミニウムろう付け合金でできたさらなるろう付け層９が提供される。
【００６２】
アルミニウム複合材料２は、圧延クラッディングによって生産されたストリップの形である。特にコア層の組成と組み合わせた腐食保護層のアルミニウム合金の特定の組成によって、これらの層の結合特性が改善され、それが圧延クラッディングによって最適に利用される。結果として、アルミニウム複合材料２は優れた耐腐食性を有する。
【００６３】
たとえば給気冷却器などにおいて起こる、腐食性媒体の凝縮物形成下でのアルミニウム複合材料の耐腐食性も分析するために、アルミニウム複合材料のさまざまなサンプルに、この目的のために開発された凝縮物腐食テストを受けさせた。
【００６４】
３つの異なる組成のアルミニウム複合材料をテストした。サンプルＡは、本発明による腐食保護層の中間合金を有する３層からなるものであった。サンプルＢも３層からなるものであったが、腐食保護層として中間の従来の合金を有した。サンプルＣは、腐食保護層を有さないろう付け層を有する２層複合材料の形であった。正確な合金成分を表１ａ〜表１ｃに挙げている。
【００６５】
【表１ａ】
2019519671.tif 000003
【００６６】
【表１ｂ】
2019519671.tif 000004
【００６７】
【表１ｃ】
2019519671.tif 000005
【００６８】
最初に、コア層と、腐食保護層と、ろう付け層とのために、各々が１２５ｍｍ×３５０ｍｍの断面および６０ｋｇの質量を有する３つの圧延インゴットを鋳造した。その後、ろう付け層および腐食保護層のための圧延インゴットを熱間圧延して、必要とされるめっき層の厚さにした。めっきパッケージは、各場合に、コア層のための１つのインゴットと、圧延めっきシートとから作製された。４７０℃にて少なくとも３時間の保持時間の予熱の後に、めっきパッケージをいくつかの圧延パスにおいて７ｍｍの厚さに圧延した。その後のいくつかの冷間圧延パスによって、０．４０ｍｍの最終厚さが得られた。３００℃の温度にて２時間の保持時間の最終焼なましによって、部分的に焼なまされた質別Ｈ２４を硬化した。これらのサンプルによって、ろう付け層の厚さはアルミニウム複合材料の全体の厚さの７．５％に達した。腐食保護層の厚さは、アルミニウム複合材料の合計厚さの１５％であった。
【００６９】
侵攻性排気ガス凝縮物に対する耐腐食性をテストするために、ＶＤＡ２３０−２１４のテストシートに従ってテストを行った。測定値３０ｍｍ×１２０ｍｍのテストストリップに、最初に６００℃にて３分間の保持時間の焼なましを受けさせた。この焼なましは、ろう付け後の適用の場合に起こる材料状態を調整する働きをした。その後、腐食保護層が配置されていないサンプルの側部を接着テープで覆った。このやり方で調製されたサンプルによって、最大６週間の合計時間にわたる循環テストを行った。
【００７０】
このテストは、３つの連続する相からなるものであった。
・６時間の期間にわたってサンプルをサンプル長さの最大半分までテスト溶液に浸漬するステップ
・サンプルを周囲空気中で２時間の期間乾燥させるステップ
・サンプルをテスト溶液の上の気相に１６時間の期間置くステップ
【００７１】
テスト溶液は水をベースとして、次の物質を加えることによって調製した。
・硫酸（硫酸として添加）：１００ｍｇ／ｌ
・硝酸（硝酸ナトリウムとして添加）：１０００ｍｇ／ｌ
・ギ酸（ギ酸として添加）：６５０ｍｇ／ｌ
・酢酸（酢酸として添加）：５００ｍｇ／ｌ
・塩化物（ＮａＣｌとして添加）：１０００ｍｇ／ｌ
【００７２】
テスト溶液のｐＨは、約２．６であった。テスト温度は５０℃であった。
【００７３】
持続時間の関数としてのサンプルの質量損失の結果を、表２に示す。
【００７４】
【表２】
2019519671.tif 000006
【００７５】
本発明によるサンプルＡは、最低の質量損失によって最良の耐腐食性を明らかに示した。腐食保護層を有さないアルミニウム複合材料（サンプルＣ）および従来の腐食保護層を有するアルミニウム複合材料（サンプルＢ）と比較した質量損失を、侵攻的な腐食条件下でも大幅に低減できた。
【００７６】
加えて、６週間のテスト期間後のストリップサンプルに対して、腐食的に最も強く侵攻された範囲におけるメタログラフ調査を行った。図２ａに示されるとおり、本発明によるサンプルＡにおける腐食は、腐食保護層の局部腐食に限られており、腐食保護層は中断されていない。図２ｂの比較サンプルＢのような、腐食作用の伸長した側方の広がりは起こらない。したがって、サンプルＡにおける剥離腐食粒子のサイズは、サンプルＢに比べて大幅に低減すると推定できる。
【００７７】
加えて、表１ａ〜表１ｃにおいて言及した材料の腐食電位を調査した。腐食電位は通常、より高い測定精度を達成するために、同一の合金組成を有するモノリシック材料サンプルにおいて測定される。腐食電位は、各場合に飽和カロメル電極（飽和カロメル電極、ＳＣＥ）に対して規格ＡＳＴＭ  Ｇ６９に従って測定された。腐食電位を表３に挙げている。
【００７８】
【表３】
2019519671.tif 000007
【００７９】
本発明のサンプルＡにおける腐食保護層の腐食電位は、ここでは２０ｍＶから３０ｍＶ、それぞれ２０ｍＶから４０ｍＶ、特に２５ｍＶから３５ｍＶだけコア層よりも低い、好ましい範囲内である。比較サンプルＢは、腐食電位の明らかな相違を示す。サンプルＡのアルミニウム合金は複合材料において、サンプルＢの組成を有するアルミニウム合金を有する比較複合材料に比べて改善された腐食挙動を示す。
【００８０】
図３は、アルミニウム複合材料を生成するための方法の例示的実施形態を示す。ステップＡにおいて、めっきパッケージが提供され、ここでは互いの頂部に配置された対応する組成を有するコア層に対するインゴットの上に、少なくとも１つのめっきシートが配置される。ステップＢにおいて、めっきパッケージは少なくとも４５０℃の温度、特に４６０℃から５００℃の温度に予熱される。ステップＣにおいて、予熱されためっきパッケージは圧延スタンド上で圧延されて、ストリップの形のアルミニウム複合材料となる。
【００８１】
ステップＣにおける圧延クラッディングの後に、任意のステップＤにおいて、少なくとも１つの付加的な熱間圧延ステップが続く。最初の圧延パス、特にステップＣにおける圧延パスは、たとえばパス当りの減少に関して、めっきシートのコア層への最適な結合が達成されるようなやり方で行われ得る。次にパス当りの減少が増加されて、複合材料は均質な材料と同様に圧延されて最終熱間ストリップの厚さになる。次いで、生産性を増加させるために、ステップＤにおける少なくとも１つの付加的な熱間パスによって、たとえばステップＣよりも高いパス当りの減少などによって熱間圧延が行われ得る。ステップＣおよびステップＤは、たとえば逆転スタンドなどの同じ圧延スタンド、または異なる圧延スタンドにおいて行われ得る。
【００８２】
ステップＣおよび任意には付加的なステップＤによって、２ｍｍから１０ｍｍの中間厚さが達成される。ステップＥにおいて、アルミニウム複合材料の０．１ｍｍから５ｍｍの平均厚さへの冷間圧延が行われる。必要に応じて、材料を柔らかくしてさらなる冷間成形を容易にするために、中間焼なましが行われ得る。
【００８３】
ステップＦまたはステップＦ’において、冷間圧延されたアルミニウム複合材料の最終焼なましが行われる。選択肢Ｆにおいて、アルミニウム複合材料は最大３５０℃から４００℃の材料温度にて２時間から４時間の最大保持時間の最終焼なましを受けて、質別０の軟化焼なまし状態を達成する。選択肢Ｆ’に従うと、アルミニウム複合材料は最大２５０℃から３２０℃の材料温度にて２時間から４時間の最大保持時間の最終焼なましを受けて、質別Ｈ２４の部分焼なまし状態を達成する。
【００８４】
図４は、熱交換器１０の例示的実施形態を示す平面図である。熱交換器の構成要素、たとえば熱交換器１０のフィン１１は、露出しているか、または両側をアルミニウムろう付けによって覆われたアルミニウム複合材料からなる。フィン１１は曲折形状の方式で曲げられてチューブ１２にろう付けされるため、複数のろう付けジョイントが必要である。チューブ１２の代わりに、媒体を案内するための空洞を形成する成形プレートを用いることも可能である。チューブ１２も媒体を運搬するために腐食に対して保護される必要があるため、アルミニウム複合材料でできていてもよい。熱交換器を使用するときに、熱交換器１０の表面に腐食性物質の凝縮物が形成し得るため、本発明によるアルミニウム複合材料の使用が特に有利である。
【００８５】
給気冷却器としての熱交換器１０の実施形態には、特に２つの実施形態がある。従来の設計では、給気はチューブ１２を通って流れる。チューブ１２は外側フィン１１にろう付けされ、この外側フィン１１は気流によって冷却される。間接冷却設計では、給気はチューブ１２を通って流れ、チューブ１２の周囲を冷却液体が流れることによって、冷却液体を介した間接冷却が確実になる。
【００８６】
両方の実施形態において、チューブ１２の内側または空洞の内側で腐食性凝縮物が形成される。したがって、腐食保護層は有利には給気側に、すなわちチューブ１２または給気冷却器の内側に配置される。
【図１】
2019519671.tif 000008
【図２】
2019519671.tif 000009
【図３】
2019519671.tif 000010
【図４】
2019519671.tif 000011
【国際調査報告】
2019519671.tif 000012
2019519671.tif 000013
2019519671.tif 000014
2019519671.tif 000015